I山核桃脫皮與清洗機設計摘要：核桃富含脂肪(70%以上) 及蛋白質(zhì)(20%) ，是高熱能營養(yǎng)食物，又是無膽固醇的綠色保健食品，不論是在國內(nèi)還是在國外又具有很廣闊的市場空間。核桃果實采收后，必須盡快脫掉核桃外表面的青皮，以保證核桃表面的潔凈，增加商品外觀品質(zhì)?？咳斯とコ颂仪嗥ぃ实?，成本高。實現(xiàn)核桃脫皮及清洗的機械化，對解放勞動力，支援農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。本次山核桃脫皮與清洗機是參照 6TXH-800 型結(jié)構(gòu)設計的，該機主要由機架、入料口、擋料板、電動機、傳動軸、旋切滾刀、滾刀、柵條圓筒、柵條、定位銷、鋼絲毛刷、篩網(wǎng)、噴淋管、防護罩、出料口、出雜口等部件組成。本文首先通過調(diào)查與分析核桃脫皮與清洗機現(xiàn)況，參照 6TXH-800 型結(jié)構(gòu)提出本次設計方案，接著對該核桃脫皮與清洗機各主要部件進行了詳細的設計與校核，最后通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了裝配圖及各主要零部件的零件圖。本文的研究方法對今后各類堅果的脫皮及去殼機的設計與改進均有很好的參考價值。關鍵詞：核桃，脫皮，清洗，旋切，柵條IIPecan peeling and washing machine designAbstract:Walnuts are rich in fat (70%) and protein (20%), the high-energy nutritious food is cholesterol-free green health food, whether at home or abroad, but also has a very broad market space. After the walnut harvest, must peel off as soon as the outer surface of walnut, walnut to ensure a clean surface, increasing the appearance of quality merchandise. By artificial removal of Walnut, low efficiency, high cost. Achieve walnut peeling and cleaning of mechanization, the liberation of labor, support agricultural production is important.The pecan peeling and washing machine reference 6TXH-800-type structure design, the machine consists of a rack, the discharge port, blocking plate, motor, drive shaft, peeling hob, hob, trash rack cylinder , irons, pins, wire brush, screen, sprinkler pipe, protective cover, the discharge port, the port and other miscellaneous components.Firstly, this design scheme proposed by the investigation and analysis of the current situation walnut peeling washing machine, reference 6TXH-800-type structure, then the walnut peeling and washing machine all the major components of the detailed design and verification, and finally through the AutoCAD drawing software to draw the assembly diagram and the major components of the parts diagram. Research methods to design and improve future all kinds of nuts and shelled peeling machine has a good reference value.Keywords: Walnuts, Peeling, Washing, Peeling, Trash rackIII目 錄第 1 章 緒論 11.1 研究背景及意義 .11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2.1 國外研究現(xiàn)狀 .21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 .21.3 設計要求 3第 2 章 總體設計 42.1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理 .42.1.1 主要結(jié)構(gòu) 42.1.2 工作原理 .42.2 技術(shù)參數(shù) 42.3 結(jié)構(gòu)特點 .52.3.1 柵條與旋切滾刀之間間隙可調(diào) .52.3.2 滾刀螺旋布置，材料為不銹鋼 .52.3.3 具有二次脫皮功能 .52.3.4 實現(xiàn)對核桃的初洗和精洗 .52.4 影響核桃脫皮脫皮效果的主要因素 52.4.1 核桃成熟度 .52.4.2 柵條與旋切滾筒之間間隙 .52.4.3 相鄰焊接柵條之間的間隙 .5第 3 章 主要零部件的設計 63.1 電動機的選擇 .63.1.1 選擇電動機類型 .63.1.2 電動機容量的選擇 63.1.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇 63.2 減速機構(gòu)的設計 63.2.1 分配傳動比 .63.2.2 運動和動力參數(shù)計算 .63.2.3 齒輪的設計 .73.2.4 軸及軸承裝置、鍵的設計 .113.3 V 帶傳動的設計 153.3.1 V 帶的基本參數(shù) .153.3.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設計 17IV3.4 主軸的設計與校核 183.4.1 軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 n、轉(zhuǎn)矩 T183.4.2 初步確定軸的最小直徑 183.4.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 183.4.4 軸上的載荷 .203.4.5 精確校核軸的疲勞強度 .213.5 主軸承的選擇與校核 233.5.1 計算軸承受到的徑向載荷 .233.5.2 計算軸承軸向力 .233.5.3 求軸承的當量動載荷 .233.5.4 驗算軸承的壽命 .243.6 機體部件的設計 243.6.1 入料口、出料口 .243.6.2 旋切滾刀、滾刀 .253.6.3 柵條圓筒、柵條 .253.6.4 鋼絲毛刷、篩網(wǎng) .263.6.5 擋料板、防護罩 .273.6.6 機架 .27第 4 章 如何正確使用核桃脫皮機 28總 結(jié) 29參考文獻 30致 謝 31湖州師范學院畢業(yè)設計1第 1 章 緒論1.1 研究背景及意義核桃是世界著名四大干果之一(還有扁桃、腰果、榛子) ，它是胡桃屬落葉喬木，在中國栽培有2000 年以上的歷史。據(jù)市場預測，核桃富含脂肪(70%以上 )及蛋白質(zhì)(20%) ，是高熱能營養(yǎng)食物，又是無膽固醇的綠色保健食品，有著廣闊的國內(nèi)外市場，歷來被稱為“木本油料”、 “鐵桿莊稼”，是中國開發(fā)山區(qū)林業(yè)生產(chǎn)的重要經(jīng)濟樹種。目前，全國 25 個省、市自治區(qū)都有核桃分布，面積有1000 多萬畝，2 億多株，以云南、山西、陜西、河北、甘肅、河南、四川、北京、山東、產(chǎn)量最多，約占全國總產(chǎn)量的 85%以上，并且是我國傳統(tǒng)出口物資之一。我國的核桃栽培面積約 130 萬 hm2 以上，主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場上，核桃與杏皮、腰果、榛子一起并列為世界 4 大干果，核桃作為保健食品早已被國內(nèi)外所認識。我國核桃總產(chǎn)量約 31 萬噸，全國人均占有 0. 24kg。這與國際上一些國家相比相差甚遠，如美國人均占有核桃 1. 5kg，是我國的 6 倍。針對核桃加工存在的問題和市場的需求，確定核桃加工工藝，除脫青皮、分級、清洗、脫水、烘干、去殼、皮殼分離與包裝外，還可進一步深加工。在加工中，存在的問題是核桃脫皮比較困難，主要由人工完成。人工剝皮難以滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求，故研制高效脫皮機已成當務之急。近年來核桃種植面積和產(chǎn)量增長迅速，截止 2013 年底，全國核桃栽培面積約 160 萬 hm2，核桃總產(chǎn)量約為 40 萬噸。核桃果實采收后，必須盡快脫掉核桃外表面的青皮，以保證核桃表面的潔凈，增加商品外觀品質(zhì)?？咳斯とコ颂仪嗥?，效率低，成本高。而且，加工和出口的時間正值三秋和農(nóng)田基本建設大忙季節(jié)，任務重，時間緊，形成與農(nóng)業(yè)爭勞力的局面，所以，實現(xiàn)核桃脫皮機械化，對解放勞動力，支援農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。核桃出口國家較多，進口國家比較集中，國際市場斗爭十分激烈，實現(xiàn)核桃加工機械化，有利于我們搶時間，爭速度，支援外貿(mào)。從經(jīng)濟上說，國際市場核桃皮各質(zhì)量等級的差價甚大。機械脫皮有希望提高脫皮質(zhì)量，增加外匯，同時大規(guī)模集中加工， 便于綜合利用。圖 1-1 山核桃脫皮與清洗機湖州師范學院畢業(yè)設計21.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀在全球范圍內(nèi)，核桃年產(chǎn)量在 20 萬 t 以上的國家僅有中國和美國。中美兩國的核桃產(chǎn)量占世界核桃總產(chǎn)量的 50％左右，而最有代表性、生產(chǎn)水平最高和市場占有份額最大的當數(shù)美國。在美國、澳大利亞以及歐洲等發(fā)達國家，核桃絕大部分都經(jīng)過機械化生產(chǎn)線進行商品化處理。采收通過機械振蕩器將核桃果實振落到地面上，再由機械將果實收集起來，運到加工廠進行脫青皮、漂洗、烘干和帶殼包裝等處理。核桃皮加工也全部機械化，通過脫皮機脫皮，機械、氣流分選機進行殼皮分離，然后用分色機將果皮分為深色和淺色，再分為全皮和碎皮不同大小等級，最后分別包裝銷售。國外早在 20 世紀 60 年代初，就著手研制堅果脫皮機具，至 80 年代初，美國、意大利、法國等已相繼推出了各種堅果脫皮機，如夏威夷果脫皮機、杏皮脫皮機等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，堅果脫皮機具已日趨成熟，目前，正朝著機電一體化方向發(fā)展。由于美國的主栽品種只有強特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個，其品質(zhì)優(yōu)良，規(guī)格劃一，有利于機械化脫皮，因此核桃脫皮機在美國發(fā)展較早。主要的核桃脫皮機類型有：（1）Larry H. Hemry 研制的專利號為 6098530 機械式核桃脫皮機。該機的主要結(jié)構(gòu)由機架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機構(gòu)以及動力所組成。機械式核桃脫皮機通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應各類堅果的脫皮。（2）Kenneth R. Evans 研制的專利號為 4201126 核桃脫皮機。該機主要由喂料斗、輸送裝置、脫皮裝置和出料口等組成。工作時，由輸送裝置把待脫皮的核桃從料箱運送到脫皮裝置，然后對其進行脫皮。（3）Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack 等研制的專利號為 6516714 核桃脫皮機。該機主要由機架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)脫皮裝置和出料口等組成。該機可以成功有效地擊打核桃將其殼皮分離。（4）John W. Brazil 發(fā)明的專利號為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時，將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并脫皮。（5）Michael P.Filice，R obert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號為 5325769 核桃脫皮機。該機主要由機架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼皮分離。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀分析 我國堅果脫皮機具發(fā)展緩慢，遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展，在一些生產(chǎn)應用的機具中，存在如下幾個突出的問題，因而，難以推廣應用。(1)脫皮率低。不少脫皮機漏剝或脫皮不完全，果皮去凈率不高，有些脫皮機脫皮率只有 50%。這是堅果脫皮機推廣使用的最大障礙。(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理，造成脫皮不完全現(xiàn)象嚴重，碎皮夾帶在碎殼中難以回收而湖州師范學院畢業(yè)設計3被棄除。有些機具果皮損失率高達 20%。(3)果皮完整性差。有些機具的設計，為了減少漏剝或脫皮不完全現(xiàn)象，一味追求脫皮率的提高，導致高的破碎率，從而降低了產(chǎn)品的商品價值。(4)通用性差。一般脫皮機僅能用于某一品種堅果的脫皮作業(yè)，對于不同品種的堅果，不能通過更換主要零部件來實現(xiàn)一機多用。(5)機具性能不穩(wěn)定，適應性差。為某類堅果專門開發(fā)的專用機型，在該堅果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時，脫皮機具脫皮性能就變差。(6)作業(yè)成本偏高。我國堅果脫皮機具尚未形成規(guī)模和系列，多數(shù)是單機制造，制造的工藝水平低、成本高、也因為通用性差，不能一機多用，使得生產(chǎn)企業(yè)設備配置的成本高，致使加工的作業(yè)成本增加。1.3 設計要求參照 6TXH-800 型山核桃脫皮與清洗機，設計一款能滿足不同尺寸核桃的脫皮與清洗機，要求不僅可以脫核桃青皮，還可以對核桃進行初步清洗、精洗，并盡可能的做到機械效率高，體積小。湖州師范學院畢業(yè)設計4第 2 章 總體設計2.1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.1 主要結(jié)構(gòu)該機主要由機架部分、入料口、擋料板、電動機、傳動軸、旋切滾刀、滾刀、柵條圓筒、柵條、定位銷、鋼絲毛刷、篩網(wǎng)、噴淋管、防護罩、出料口、出雜口等部件組成（如下圖） 。圖 2-1 山核桃脫皮與清洗機結(jié)構(gòu)方案1-入料口 2-擋料板 3-傳動軸 4-電動機 5-機架 6-柵條圓筒 7-滾刀 8-柵條 9-旋切滾刀10-定位銷 11-鋼絲毛刷 12-篩網(wǎng) 13-出雜口 14-出料口 15-防護罩 16-噴淋管2.1.2工作原理青皮核桃從入料口進入旋切滾筒，旋切滾筒轉(zhuǎn)動時帶動青皮核桃沿滾筒切線方向運動并摩擦柵條，在滾刀的切削和滾筒與柵條之間的擠壓、摩擦作用下將核桃青皮剝離下來。剝離后青皮從滾筒柵條間隙中分離出來進入出雜口。由于滾刀按螺旋線排列，因此核桃在剝離青皮的過程中沿螺旋線向出料口方向移動。與此同時，將一定壓力的水噴射到核桃表面，沖洗核桃表面的污物。核桃進入篩網(wǎng)后，少量未削凈的青皮被鋼絲毛刷清除，脫去青皮的核桃在鋼絲毛刷的作用下從出料口排出。2.2 技術(shù)參數(shù)外形尺寸（mm） 1000×700×900配套動力（kW） 1.1生產(chǎn)率（kg/h） 800脫皮率（%） ≥95破碎率（%） ≤1皮中含果肉率（%） ≤2果中含雜率（%） ≤2湖州師范學院畢業(yè)設計5洗凈率（%） ≥952.3 結(jié)構(gòu)特點2.3.1柵條與旋切滾刀之間間隙可調(diào)固定柵條的螺栓上套有彈簧，通過對調(diào)節(jié)彈簧的松緊來控制柵條與旋切滾筒、滾刀對核桃作用的強弱，以滿足對尺寸大小不同的核桃脫皮，同時避免損傷核桃硬殼。2.3.2滾刀螺旋布置，材料為不銹鋼滾刀以一定角度螺旋均勻分布于旋切滾筒外圓柱面上，在切削核桃青皮的同時向前輸送核桃。滾刀材料采用不銹鋼，強度高，韌性好，耐腐蝕。2.3.3具有二次脫皮功能篩網(wǎng)內(nèi)傳動軸部分安裝有鋼絲毛刷，除了把來自旋切滾筒的核桃輸送至出料口外，還可以對青皮未除凈的核桃進行二次脫皮，從而達到更佳去皮效果。2.3.4實現(xiàn)對核桃的初洗和精洗在防護罩內(nèi)側(cè)安裝有噴淋管，通過控制水量的大小來達到初步清洗核桃的目的；在篩網(wǎng)內(nèi)鋼絲毛刷上方也安裝有噴淋管，鋼絲毛刷對核桃進行二次脫皮與輸送至出料口的過程中進行精洗，保證輸出的核桃被完全清洗干凈。2.4 影響核桃脫皮脫皮效果的主要因素2.4.1核桃成熟度剛剛摘下的核桃，青皮與核桃硬殼緊緊貼附，附著力大，青皮不容易脫掉。需放置 3~5 天，待核桃青皮稍微膨脹或開裂時進行脫皮。2.4.2柵條與旋切滾筒之間間隙當柵條與旋切滾筒之間間隙大于核桃的長徑時，無法對核桃脫皮。過小時，由于滾刀、滾筒、柵條對核桃切削、擠壓、摩擦作用較強，易造成核桃硬殼破碎。可調(diào)節(jié)彈簧松緊度或在柵條下放置墊片的方法來改變此間系的大小。2.4.3相鄰焊接柵條之間的間隙核桃在切削過程中受到柵條的擠壓，反過來，柵條在核桃的反作用力下向外張開。若相鄰兩柵條間隙過大，在手反作用力向外張開時，核桃容易從間隙中漏出。在設計過程中必須考慮這一因素，適當減小相鄰焊條之間的間隙。另外，調(diào)節(jié)彈簧的松緊度也可控制柵條張開的大小。湖州師范學院畢業(yè)設計6第 3 章 主要零部件的設計3.1 電動機的選擇3.1.1選擇電動機類型電動機是標準部件。因為室內(nèi)工作，運動載荷平穩(wěn)，所以選擇 Y 系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機。3.1.2 電動機容量的選擇已知配套動力為 1.1KW，查《機械設計手冊》表 19-1 選取電動機額定功率為 1.1KW。3.1.3 電動機轉(zhuǎn)速的選擇對比查閱 6TXH-800 型山核桃脫皮與清洗機主軸工作轉(zhuǎn)速為 150r/min~250r/min，初步選取主軸工作轉(zhuǎn)速： min/20rnw?展開式單級齒輪薦的傳動比為： 6~iV 帶的傳動比為： 42?帶i得總推薦傳動比為： 帶減所以電動機實際轉(zhuǎn)速的推薦值為： min/80~rinw?符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為 1000、1500、3000r/min。綜合考慮傳動裝置機構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速 1500r/min 的電機。綜上述選擇型號為 Y90S-4，滿載轉(zhuǎn)速 ，額定功率 1.1 。min/140rm?kw3.2 減速機構(gòu)的設計3.2.1分配傳動比（1）總傳動比滿載轉(zhuǎn)速 。故總傳動比為：in/140rnm?72014?wmi（2）分配傳動比為使傳動裝置尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱、不發(fā)生干涉現(xiàn)象，選 V 帶傳動比： ；5.2?帶i則減速器的傳動比為： ；8.257?帶減 i3.2.2運動和動力參數(shù)計算（1）各軸的轉(zhuǎn)速湖州師范學院畢業(yè)設計71 軸 ；min/140rnm?2 軸 ；i/58.22i減主軸 in/0.3rin?帶（2）各軸的輸入功率1 軸 ；kwP89.1.10???2 軸 ；046.70322 ??主軸 ；k.46.3?（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩1 軸 ；mNnPT ????43.71089.95950112 軸 ；?.6.22主軸 ；mNnPT ????46.7209.595033（4）整理列表軸名 功率 kw/轉(zhuǎn)矩 T?/轉(zhuǎn)速 in)/(?r傳動比1 軸 1.089 7.43 1400 12 軸 1.046 19.98 500 2.8主軸 0.994 47.46 200 2.53.2.3齒輪的設計（1）選精度等級、材料和齒數(shù)采用 7 級精度由表 6.1 選擇小齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 210HBS。選小齒輪齒數(shù) ，201?Z大齒輪齒數(shù) ，取568?i 2?Z（2）按齒面接觸疲勞強度設計由設計計算公式進行試算，即湖州師范學院畢業(yè)設計83211)][(2.HEdtt ZuTkd?????1） 確定公式各計算數(shù)值（a）試選載荷系數(shù) 6.?tK（b）計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT??43.71（c）小齒輪相對兩支承對稱分布，選取齒寬系數(shù) 0.1?d（d）由表 6.3 查得材料的彈性影響系數(shù)2/8.9MPaZE（e）由圖 6.14 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 H501lim??大齒輪的接觸疲勞強度極限 2（f）由式 6.11 計算應力循環(huán)次數(shù) 91 106.)830(1460???hjLnN9276.58.?（g）由圖 6.16 查得接觸疲勞強度壽命系數(shù).01NZ.02NZ（h）計算接觸疲勞強度許用應力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1，由式 10-12 得?? MPaSHN 5.4785087.1lim1 ????ZH9.2li2（i）計算試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1][?mt 97.32)4508.1(.230.47632.1 ????計算圓周速度 v sndt /2.60197.3.106???計算齒寬 b mbtd21???湖州師范學院畢業(yè)設計9計算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) mZdmtnt 649.1207.31?齒高 8.7.3/9/ 7.35.??hbnt計算載荷系數(shù) K根據(jù) ，7 級精度，查得動載荷系數(shù)smv/82.1 1.?VK假設 ，由表查得NFtA0?.??H由表 5.2 查得使用系數(shù) 3.1A由表查得 29.?K查得 81F故載荷系數(shù) 849.123.0.??????HVA（j）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 mKdtt 6/.97./31（11）計算模數(shù)ｍ Zm3.120/6.34/1??（3）按齒根彎曲強度設計彎曲強度的設計公式為 321][FSdnYZKT?????（a）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值由圖 6.15 查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE3801??大齒輪的彎曲疲勞強度極限 62由圖 6.16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)83.01?NZ.2N計算彎曲疲勞許用應力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1.3，由式得??MPaSZFENF 62.43.1801????FEF 15622湖州師范學院畢業(yè)設計10計算載荷系數(shù) 83.12.01.3??????FVAK（b）查取齒形系數(shù)由表 6.4 查得 8.21FaY42.Fa（c）查取應力校正系數(shù) 由表 6.4 查得5.1?SaY65.12Sa（d）計算大小齒輪的 ，并比較][Fa?0167.5.2384][ 921??FSaY?小齒輪的數(shù)據(jù)大（e）設計計算 mm07.189.20143.783 ????對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，可取有彎曲強度算得的模數(shù) 1.06mm，于是取齒輪模數(shù)第一標準系列值 m＝1.5mm 。并按接觸強度算得的分度圓直徑 d6.341?算出小齒輪齒數(shù) 取0725/./1?Z241?Z大齒輪齒數(shù) 取8.22?i（4）幾何尺寸計算（a）計算分度圓直徑 mmZd5.10.6732421???（b）計算中心距 a268/)(/)(1?（c）計算齒寬寬度 取 35mmbd30.?序號 名稱 符號 計算公式及參數(shù)選擇1 齒數(shù) Z 24，672 模數(shù) m 1.5mm3 分度圓直徑 21dm5.10,364 齒頂高 ah.湖州師范學院畢業(yè)設計115 齒根高 fhm875.16 全齒高 3.7 頂隙 c08 齒頂圓直徑 21?d5.1,99 齒根圓直徑 f m7.6,2.310 齒寬度 21,B5,4011 中心距 a.83.2.4軸及軸承裝置、鍵的設計（1）軸 1 的設計1）尺寸與結(jié)構(gòu)設計計算（a）高速軸上的功率 P1,轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1， ，kw089.?min/40r?mNT??43.71（b）初步確定軸的最小直徑先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設計表3dCn??11.3，取 ，于是得：12? mPC3.10489.12nd33?????（c）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度該處開有鍵槽故軸徑加大 10％～15％，且這是安裝聯(lián)軸器的直徑，取 16mm。軸的結(jié)構(gòu)設計：為了滿足帶輪的軸向定位，Ⅰ-Ⅱ軸段右端要有一軸肩，故?、? Ⅲ段直徑為 dⅡ-Ⅲ=19mm。初步選定滾動軸承，因軸承受徑向力和軸向力，根據(jù) dⅡ-Ⅲ=19mm ，取用 6204 型深溝球軸承，其尺寸為 d×D×T=20mm×42mm×13mm，則有 dⅢ-Ⅳ=dⅤ-Ⅵ=20mm ，LⅡ=13mm，軸承中間處用軸肩定位，這段取直徑 dⅣ- Ⅴ=25mm 。右端軸承與齒輪之間應有一套同固定，Ⅴ-Ⅵ長應為：取套同長 12mm，則 LⅤ-Ⅵ=17mm 。齒輪為齒輪軸此軸段長 LⅥ-Ⅶ=40mm 。取軸承端蓋總寬為 32mm，外端面與聯(lián)軸器右端面間距離為 10mm，故取 LⅡ-Ⅲ=42mm 。結(jié)合箱體結(jié)構(gòu)，取 LⅣ-Ⅴ=76mm。（d）軸上零件的周向定位湖州師范學院畢業(yè)設計12軸上零件的周向定位：聯(lián)軸器與軸的周向定位均用平鍵聯(lián)接。按 dⅥ-Ⅶ=18mm 查得平鍵截面b×h=6mm×6mm，鍵槽用銑刀加工，長 40mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸配合為 H6/n5。2）強度校核計算（a）求作用在軸上的力已知高速級齒輪的分度圓直徑為 = ，根據(jù)《機械設計》 （軸的設計計算部分未作說明dm36皆查此書）式(10-14)，則 NFNtgdTantrt02.1508.412cos.36.723???????（b）求軸上的載荷（詳細過程以軸 2 為例，其他軸類似不一一復述）首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取 a 值。對于6204 型深溝球軸承，由手冊中查得 a=13mm。因此，軸的支撐跨距為 L1=120mm。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面 C是軸的危險截面。先計算出截面 C 處的 MH、MV 及 M 的值列于下表。載荷 水平面 H 垂直面 V支反力F ，NH5431?F26?，NFN2371??V56C 截面彎矩 MmLNH??18532 mMLaN????4132總彎矩 MV????685222max扭矩 T?7430湖州師范學院畢業(yè)設計13圖 3-1 軸 1 彎矩圖和扭矩圖（c）按彎扭合成應力校核軸的強度根據(jù)式(15-5) 及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力，取 ，軸的計算應力6.0????MpaWTMca 1.816.07438)( 2222 ??????＝已選定軸的材料為 45Cr，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1 查得 。因此 ，故安0Pa][-?][1-c??全。（2）軸 2 的設計1） 軸 2 的轉(zhuǎn)速和功率轉(zhuǎn)矩：P2=1.046Kw，n 2=500r/min，T 2=19.98N.m2） 求作用在齒輪上的力（a）求作用在低速級齒輪上的力圓周力： NdTFt 6.3975.1089123 ???徑向力： ntr 2.140taa???軸向力： 3a3）初步確定軸的最小直徑湖州師范學院畢業(yè)設計14先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設計-3PdCn??表 15-3，取 ，于是得：12? mPC32.14506.12nd33?????該軸有兩處鍵槽，軸徑應增加 10%~15%，Ⅱ軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處軸的直徑 和，???d故 md18????4）軸的結(jié)構(gòu)設計（a）擬定軸上零件的裝配方案（b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度初步選擇滾動軸承。因軸承不受軸向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求，根據(jù) ，選取 0 基本游隙組，標準精度級的單列深溝球軸承 6205 型，其尺寸為md25??????，得： TD1647?? ml16??????軸段取安裝齒輪處的Ⅱ-Ⅲ、 Ⅳ- Ⅴ取 ，根據(jù)齒輪寬并為保證齒輪定位準d28Ⅱ--確軸段適當縮短 1~2mm，故： ，l5.3????lV9?軸段Ⅲ-Ⅳ為兩側(cè)齒輪定位軸環(huán)， 根據(jù)箱體尺寸 。V? lIV59??（c）軸上零件的周向定位帶輪采用平鍵聯(lián)接，按 ，查機械設計表得平鍵截面 ，md28Ⅱ-- mhb78?聯(lián)接小齒輪的平鍵長度為 32mm.5）求軸上的載荷對于 6205 型深溝球軸承 ，a15?計得： ， ， 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。mL731?702L843如下圖所示載荷 水平面 垂直面支反力 FNNH5.2301?69NFNV3.721?5彎矩 MmH?41N?3.2mMV?401N?.23總彎矩 VH??4.7056211扭矩 T ?0462湖州師范學院畢業(yè)設計15圖 3-2 軸 2 彎矩圖和扭矩圖6）按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即圓柱齒輪的截面，取 ，6.0??軸的計算應力： MPaWTMca 5.27182)4(3184.06.7056)(2221 ???????? ）??前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由機械設計表，查得 ，因此????，安全。??1??ca3.3 V 帶傳動的設計3.3.1 V帶的基本參數(shù)（1）確定計算功率 ：cP已知： ；kw046.?min/50rn?查《機械設計基礎》表 13-8 得工況系數(shù)： 5.1?AK則： kwKAc 36.4.13??湖州師范學院畢業(yè)設計16（2）選取 V 帶型號：根據(jù) 、 查《機械設計基礎》圖 13-15 選用 A 型 V 帶cPmn（3）確定大、小帶輪的基準直徑 d1）初選小帶輪的基準直徑： md801?2）計算大帶輪基準直徑： did 2085.1????帶圓整取 ，誤差小于 5%，是允許的。m20（4）驗算帶速： smsnvd /)25,(/09.516084.316??????帶的速度合適。（5）確定 V 帶的基準長度和傳動中心距：1）中心距： )(2)(7.021021 dda???初選中心距 ma4?2）基準長度： maddaLd6.124840)82()80(.302121??????   ?對于 A 型帶選用 Ld53）實際中心距： mLad 7.4026.18504200 ???????（6）驗算主動輪上的包角 ：1?由 ad?? 3.57)(18012???得 ???? 1208.640.)8(1 ???主動輪上的包角合適。（7）計算 V 帶的根數(shù) ：z湖州師范學院畢業(yè)設計17LArKPzc?)(0???， 查《機械設計基礎》表 13-3 得： ；min/140rnm?d801 kwP35.0?，查表得： ；5.2?帶， kw6.0由 查表得，包角修正系數(shù)?8.621?95??由 ，與 V 帶型號 A 型查表得：Ld5 .l綜上數(shù)據(jù)，得 .396.05)6.03.(1???z取 合適。104??z（8）計算預緊力 （初拉力）：F根據(jù)帶型 A 型查《機械設計基礎 》表 13-1 得： mkgq/1.?NvkzvPc1.5792.5109.52043650???????????     ?（9）計算作用在軸上的壓軸力 ：QFNZ7.45128.16sin2i0??   ??其中 為小帶輪的包角。1?（10）V 帶傳動的主要參數(shù)整理并列表：帶型 帶輪基準直徑 (mm) 傳動比 基準長度(mm)A801?d22.5 1250中心距（mm） 根數(shù) 初拉力(N) 壓軸力 (N)400.7 4 57.1 451.73.3.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設計（1）帶輪的材料：采用鑄鐵帶輪（常用材料 HT200）（2）帶輪的結(jié)構(gòu)形式：湖州師范學院畢業(yè)設計18V 帶輪的結(jié)構(gòu)形式與 V 帶的基準直徑有關。小帶輪接電動機， 較小，所以采用md801?實心式結(jié)構(gòu)帶輪，大帶輪接主軸， 較小，所以采用孔板式。md201?圖 3-3 大帶輪結(jié)構(gòu)圖3.4 主軸的設計與校核3.4.1 軸上的功率P、轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T主軸上的功率 P3,轉(zhuǎn)速 n3 和轉(zhuǎn)矩 T3， ，kwP94.03?min/203rn?mNT??46.733.4.2 初步確定軸的最小直徑先按機械設計式（15—2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 號鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表15—3，取 A0=112，于是得 mPC1.9204.1nd332?????軸的最小直徑顯然是安裝 V 帶從動輪處的直徑 dⅠ—Ⅱ，為了使所選的軸的直徑 dⅠ—Ⅱ與從動輪的直徑相配合，故取 dⅠ—Ⅱ=24mm,V 帶輪的長度 L=50mm，V 帶輪與軸配合的轂孔長度L1=48mm。3.4.3 軸的結(jié)構(gòu)設計（1）擬定軸上零件的裝配方案本軸的裝配方案采用如下圖所示的裝配方案湖州師范學院畢業(yè)設計19圖 3-4 軸的結(jié)構(gòu)與裝配（2）確定軸的各段直徑和長度1）為了滿足 V 帶輪的軸向定位要求， Ⅰ- Ⅱ軸段左端需制出一軸肩，故取 dⅡ—Ⅲ=28mm；V帶輪與軸配合的轂孔長度 L=50mm，為了保證軸擋圈只壓在 V 帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長度應比 L1 略短些，現(xiàn)取 lⅠ—Ⅱ=48mm 。2）初步選擇角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù) dⅡ—Ⅲ=28mm，由（見《機械設計課程設計》 ）軸承產(chǎn)品目錄中初步選用標準精度級角接觸球軸承 7206AC，其尺寸為。左端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得30621dDBm???7206AC 型軸承的定位軸肩高度 h=5mm，因此，取 dⅣ— Ⅴ=35mm 。3）取安裝雙齒盤的軸段Ⅳ-Ⅴ 的直徑 dⅣ—Ⅴ=35m m，齒盤右端與右軸承之間采用套筒定位，已知齒盤的厚度為 23mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輥，此軸段略短于輪轂長度，故取 lⅣ—Ⅴ=44mm，lⅥ -Ⅶ=44mm 。左端與左軸承之間用軸肩定位，軸肩高度 h=7mm 則周環(huán)處的直徑dⅤ—Ⅵ=42mm ，周環(huán)的寬度 b≥1.4h，取 lⅤ—Ⅵ=10mm 。4）軸承端蓋的總寬度為 20mm（由機械及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設計而定） 。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外端面與從動輪右端間的距離 l=30mm，故取 lⅡ—Ⅲ=50mm，lⅧ -Ⅸ=50mm 。5）由于支架總長度為 500mm，在確定滾動軸承位置時，已知軸承寬度 B=20mm，且支架內(nèi)齒盤對稱，則 lⅢ—Ⅳ=80mm;lⅦ- Ⅷ=80mm。軸的最左端固定帶輪，已知帶輪的 L=30mm，軸端采用的擋板固定，為了保證軸擋圈只壓在 V 帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅸ- Ⅹ段的長度應比 L 略短些，現(xiàn)取 lⅨ-Ⅹ=28mm。至此，初步確定了軸的各段直徑和長度。（3）軸上零件的軸向定位齒盤與軸的徑向定位采用平鍵連接。按 dⅣ—Ⅴ由手冊查得平鍵截面（GB/T1095-1979)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 36mm（標準鍵長見1086bhl??GB/T1096-1979） ，同時為了保證齒盤與軸配合有良好的對中性，故選擇齒盤與軸的配合為 H7/m6；同樣，V 帶輪與軸的連接，選用平鍵位 ，V 帶輪與軸的配合為 H7/m6。軸承與8730bhl??軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 k6。（4）確定軸上圓角和倒角尺寸參考表 15—2，取軸端倒角為 ，各軸肩處的圓角半徑見圖紙。1.245?（5）軸的潤滑采用涂黃油的方式進行。湖州師范學院畢業(yè)設計203.4.4軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 3-5）作出軸的計算簡圖。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 D 是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出的截面 D 處的 、 及 M 的值列于下表（參看圖 3-6） 。HV表 3-1 截面 C 處的 MH、MV、M 值載荷 水平面 H 垂直面 V支反力F182NH?2567NF1378NVF?297N?彎矩 M 9m? 6Vm?總彎矩 12750M??扭矩 T 146TN?圖 3-5 主軸的載荷分析圖湖州師范學院畢業(yè)設計21進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（危險截面 D）的強度。根據(jù)式（15-5）及以上所算得數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)應力，取 ,6.0??33.10.54287.Wd???軸的計算應力 222213()7(.6)0.015caMTMPa????前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15—1 查得 。因此 ，??1????1c???故安全。3.4.5精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面截面 A，Ⅱ，Ⅲ，B，E，F(xiàn)，Ⅷ，Ⅸ只受扭矩作用，雖然鍵槽，軸肩及過渡配合所引起應力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭矩強度較寬裕地確定的，所以上述的截面均不需校核。從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ 處過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面 D 上的應力最大。截面 Ⅴ的應力集中的影響和截面Ⅳ的相近 ，但截面Ⅴ軸徑較大，故不必強度校核。截面 D 也不必校核。由于軸基本是對稱結(jié)構(gòu)，剩余截面顯然不必校核。因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。（2）校核截面Ⅳ左側(cè) ??33W0.15m4287.5???T左側(cè)的彎矩 M0N.m90截面的扭矩 ??3726.?交接處左側(cè)的彎曲應力： 984.PaW5?交接處左側(cè)的扭轉(zhuǎn)切應力： ??T372604.Ma8??軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表 15-1 查得：64BPa?15?15P??。截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù) ασ 和 ατ 按附表 3-2 查取。因有效應力集中系數(shù) 由 ， 。r20.7d3?D31.7d0?經(jīng)查值后查得： 。1.4,5???湖州師范學院畢業(yè)設計22又由附圖 3—1 可得軸的材料的敏性系數(shù)為：，0.8q??.76?故有效應力集中系數(shù)按式（附 3-4）為K0.81(.74)1.6()?????????5391??由附圖 3-2 得尺寸系數(shù) ；由附圖 3-3 得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。.2? 0.84???軸按磨削加工，由附圖 3—4 得表面質(zhì)量系數(shù)為 。.2???計算安全系數(shù)： 1am275S4.9K.690.1??????????1a 1.36.322??? ?ca2S.491.6.45b??????因 故安全。??1.5?（3）校核截面Ⅳ右側(cè)??333W0.d.027m???T254交接處的右側(cè)彎矩 MN.98彎矩 ??3760N.?彎曲應力 ??241.Pa??扭轉(zhuǎn)切應力 T3760.9W5過盈配合的應力集中系數(shù)插值法查得：K2.60???1.8?查表得絕對尺寸影響系數(shù)為： .,.7??表面質(zhì)量系數(shù) 0.93??疲勞強度的綜合影響系數(shù)為： K2.781????湖州師范學院畢業(yè)設計23K1.94??????計算安全系數(shù)： 1am275S8.9.81.0?????????1a 1.4K.9.2???ca2S.8108.3b???????因 故此軸在截面Ⅳ右側(cè)的強度也是足夠的。??1.5?3.5 主軸承的選擇與校核3.5.1計算軸承受到的徑向載荷（1）查機械設計手冊可知，7206AC 的， ，1680rCN?012rC?前面求得的兩個軸承所受的載荷分別為：， ，NFNH3.260?FV8.941?， ；85N2（2）軸承壽命的計算，軸承采用正裝其軸承的支反力 2111()()7rNVH?29??3.5.2計算軸承軸向力初選軸承型號 7206AC，查表得 ， ，e0.681.Y?0.9??r16.8KNC???12.or?127.().6rsYNF???2928().rs因 ， 所以軸承 1 被“壓緊” ，軸承 2 被“放松。1 186014.6sa sF???所以： ()saNFa2s7()3.5.3求軸承的當量動載荷確定軸承的徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)湖州師范學院畢業(yè)設計24146.05327ar eF??28.9ar所以軸承 1 和軸承 2 都取：， ，X?Y0計算軸承的當量動載荷 ?????1p1r1a270146.30.7NFPf?????2229823.5.4驗算軸承的壽命因 ，所以按軸承 2 驗算壽命。12?106636rh2C010.8L2.(h)nP?????????????????軸承預期壽命 。'53hLh?因 ,故 7206AC 軸承滿足使用。'h?3.6 機體部件的設計3.6.1入料口、出料口輸料斗是保證進料順利，起定料作用，根據(jù)整機是支架式的特點，輸料斗設計成矩形和梯形相結(jié)合的形狀，并在輸料斗底部設計了兩個控制核桃進料的圓形鋼管通道，能起到定位作用。進料管的直徑為 50mm，輸料斗由四塊鐵軋制的鋼板焊接而成，能保證剛好一個核桃進入脫皮裝置進行脫皮，并能保證生產(chǎn)效率為 150Kg/h。如圖 3-6。圖 3-6.1 入料斗圖湖州師范學院畢業(yè)設計25圖 3-6.2 出料斗圖3.6.2旋切滾筒、滾刀圖 3-7 旋切滾刀、滾刀圖3.6.3柵條圓筒、柵條半柵籠在機器中的作用是讓已經(jīng)被脫皮的核桃與未被脫皮的核桃進行分離，其分離的原理就是“小個通過，大個不過” 。半柵籠的每一個柵格都只能容許一個核桃皮大小的物體通過，被脫皮的核桃由于核桃殼的破裂，被變成破碎的核桃殼和整粒的核桃皮，核桃皮的大小剛好可以穿過柵格，而核桃果因為太大，無法通過柵格，將被阻擋在脫皮箱內(nèi)，繼續(xù)進行脫皮直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖 3-8 半柵籠所示。柵條是利用兩塊墻板對兩端進行固定的，墻板材料為 HT200，柵條材料為 20 號鋼。柵條采用φ10 圓截面長條，長度為 590mm，因其特殊的作用，還需對其進行表面處理，要求滲碳 1-1.5mm，熱處理硬度 HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成圓形柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的核桃皮能通過柵格，而未脫皮的剛不能通過。裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動。半柵籠內(nèi)徑為 φ490mm 。湖州師范學院畢業(yè)設計26圖 3-8 柵條圓筒、柵條圖3.6.4鋼絲毛刷、篩網(wǎng)圖 3-9 鋼絲毛刷、篩網(wǎng)圖